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JPH0428679B2 - - Google Patents
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JPH0428679B2 - - Google Patents

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JPH0428679B2
JPH0428679B2 JP59115738A JP11573884A JPH0428679B2 JP H0428679 B2 JPH0428679 B2 JP H0428679B2 JP 59115738 A JP59115738 A JP 59115738A JP 11573884 A JP11573884 A JP 11573884A JP H0428679 B2 JPH0428679 B2 JP H0428679B2
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    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
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Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、低転位密度のInP単結晶と、その
製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (A) Technical Field The present invention relates to an InP single crystal with a low dislocation density and a method for manufacturing the same.

InP単結晶は、発光ダイオード、レーザダイオ
ード、ホトダイオード、トランジスタ、ICの基
板として広い用途を持つている。
InP single crystals have wide applications as substrates for light-emitting diodes, laser diodes, photodiodes, transistors, and ICs.

(イ) 従来技術 InP単結晶は、LEC法(液体カプセル法)又は
HB法(水平式ブリツジマン法)で作る事ができ
る。
(a) Prior art InP single crystals can be produced using the LEC method (liquid capsule method) or
It can be made using the HB method (horizontal Bridgeman method).

LEC法は、るつぼの中に原料と液体カプセル
剤を入れ、耐圧容器内で不活性気体によつて数十
atmの圧力をかけならが、原料を融かし、融液か
ら種結晶を使つて単結晶を引上げるものである。
In the LEC method, raw materials and liquid capsules are placed in a crucible and heated several dozen times with inert gas in a pressure-resistant container.
By applying ATM pressure, the raw material is melted, and a single crystal is pulled from the melt using a seed crystal.

ヒータによつて原料と液体カプセル剤を融かす
と、原料融液の上部を液体カプセル剤が覆う。こ
の上に不活性気体が高圧を加えるので、Pが抜け
るのを防ぐ事ができる。
When the raw material and liquid capsule are melted by a heater, the liquid capsule covers the upper part of the raw material melt. Since the inert gas applies high pressure on top of this, it is possible to prevent P from escaping.

LEC法によつて引上げた単結晶は、円柱形で
あつて、ウエハにスライスした時、円形のウエハ
が直ちに得られる、という長所がある。またボー
トを使わないので、シリコンによつて汚染される
事もなく、所望の電気的特性を得やすい、という
特長もある。
The single crystal pulled by the LEC method is cylindrical, and has the advantage that when sliced into wafers, circular wafers can be obtained immediately. Another advantage is that since a boat is not used, there is no silicon contamination and it is easy to obtain the desired electrical characteristics.

(ウ) 従来技術の問題点 LEC法によつて引上げたInP単結晶は、成長中
の熱歪みのため、多数の結晶欠陥を伴う事が多
い。
(c) Problems with conventional technology InP single crystals pulled by the LEC method often have many crystal defects due to thermal strain during growth.

結晶欠陥は、いくつかの種類があるが、その程
度は、エツチピツト密度(EPD)により評価す
る事ができる。これは、単結晶をウエハにスライ
スし、適当なエツチング液でエツチングした時、
表面に現われるエツチピツトを顕微鏡下で計数
し、単位面積あたりの数に換算したものである。
There are several types of crystal defects, and their degree can be evaluated by etching pit density (EPD). This is because when a single crystal is sliced into wafers and etched with an appropriate etching solution,
Etchipits appearing on the surface are counted under a microscope and converted to the number per unit area.

エツチピツトは、なんらかの結晶欠陥に対応し
ている。InP結晶上に発光素子、受光素子、トラ
ンジスタ等のデバイスを作製した時、結晶欠陥は
これらデバイスの特性を低下させ、寿命を短くす
る。又エツチピツト密度にバラつきがあると、
FETを作る場合など、ピンチオフ電圧などがバ
ラついてしまう。
The etching pit corresponds to some kind of crystal defect. When devices such as light-emitting elements, light-receiving elements, and transistors are fabricated on InP crystals, crystal defects degrade the characteristics of these devices and shorten their lifetimes. Also, if there are variations in the etchipit density,
When making FETs, the pinch-off voltage etc. will vary.

このように、エツチピツト密度は、できるだけ
低い事が望ましく、しかもバラつきが少い方が良
い。
In this way, it is desirable that the etching pit density be as low as possible, and moreover, it is better to have less variation.

このように、低転位密度のInP単結晶を製造す
る事が強く望まれる。
Thus, it is strongly desired to produce InP single crystals with low dislocation density.

(エ) 不純物硬化 純粋な金属は、一般に軟かくて、脆いものであ
る、不純物が入る事によつて、より硬く、より強
くなる事が多い。
(d) Impurity hardening Pure metals are generally soft and brittle, but the introduction of impurities often makes them harder and stronger.

結晶欠陥は、格子構造が弱いために生ずるので
ある、とすれば、不純物元素を加える事により
InPの単結晶を強化する事ができる筈である。
If crystal defects are caused by a weak lattice structure, then by adding impurity elements,
It should be possible to strengthen InP single crystals.

実際、InPに、Zn、Sを不純物として、1018
子/cm3以上添加する事によりエツチピツト密度
EPDが低下する、という現象は広く知られてい
る。
In fact, by adding more than 1018 atoms/ cm3 of Zn and S as impurities to InP, the etch pit density can be increased.
The phenomenon that EPD decreases is widely known.

しかしながら、Zn、Sは各々族、族の元
素であつて、、族元素ではない。Zn、Sが、
In原子又はP原子を置換すると、結晶中に自由電
子又は正孔の電荷担体を生じる。すると、n型又
はp型の半導体となる。電界効果トランジスタ
(FET)のような半絶縁性結晶を必要とする素子
の基板としては、このようなものは利用できな
い。
However, Zn and S are elements of groups, respectively, and are not elements of group . Zn, S is
Substitution of In or P atoms results in free electron or hole charge carriers in the crystal. Then, it becomes an n-type or p-type semiconductor. Such materials cannot be used as substrates for devices that require semi-insulating crystals, such as field-effect transistors (FETs).

InP基板の主要な用途は、光通信用発光素子、
或は受光素子の基板である。これらは、n型、p
型のウエハであつて差支えない。しかしながら、
Zn、Sを例えば1×1018cm-3以上添加すると、担
体数が増加するため、光の吸収係数が増加し、基
板側からの光の取り出し効率(発光素子の場合)
が低下する、という欠点もある。しかし、Zn、
Sの濃度が3×1018cm-3以上であると、これらに
よる不純物効果が期待できる。
The main uses of InP substrates are light emitting devices for optical communications,
Or it is a substrate of a light receiving element. These are n-type, p-type
It does not matter if it is a type wafer. however,
When Zn or S is added, for example, 1×10 18 cm -3 or more, the number of carriers increases, so the light absorption coefficient increases and the light extraction efficiency from the substrate side (in the case of a light emitting device)
It also has the disadvantage that it decreases. However, Zn,
When the concentration of S is 3×10 18 cm -3 or more, impurity effects due to these can be expected.

本発明は、Zn、Sが含まれないか、又は1×
1018cm-3以下であつて、これによる不純物効果が
起らない場合に、有効である。
The present invention does not contain Zn, S or 1×
It is effective when the concentration is below 10 18 cm -3 and no impurity effect occurs.

(オ) 等電子不純物硬化 InP結晶の内、Inは族、Pは族元素であ
る。族又は族の元素を不純物としてInPの中
へ添加したとする。族元素がInのサイトを置換
し、族元素がPのサイトを置換するとすれば、
これらの添加によつて電気的特性は変らないはず
である。族元素と族元素では共有結合半径が
異なるし、電子数も異なるから、上記の同族元素
間置換は、実際に起り易い。
(e) Isoelectronic impurity hardening In InP crystal, In is a group element and P is a group element. Suppose that a group or group element is added as an impurity into InP. If the group element replaces the In site and the group element replaces the P site, then
These additions should not change the electrical properties. Since the group elements have different covalent bond radii and different numbers of electrons, the above-mentioned substitution between homologous elements is actually likely to occur.

In以外の族元素としてはB、Al、Gaなどが
ある。
Group elements other than In include B, Al, and Ga.

P以外の族元素としてはN、As、Sbなどが
ある。
Group elements other than P include N, As, and Sb.

例えば、InPにGaをドープしたとする。InP中
のGaの偏析係数は約5である事が知られている。
For example, suppose InP is doped with Ga. It is known that the segregation coefficient of Ga in InP is about 5.

偏析係数(distribution coefficient)は、固相
と液相とが熱平衡状態にある時、ある不純物の濃
度が固相と液相とで比例関係にあるが、この比例
定数の事をいう。固相に於ける濃度(wt%)を、
液相に於ける濃度(wt%)で除したものが偏析
係数である。
The distribution coefficient refers to the proportionality constant of the concentration of a certain impurity, which has a proportional relationship between the solid phase and the liquid phase when the solid phase and the liquid phase are in a state of thermal equilibrium. The concentration in the solid phase (wt%) is
The segregation coefficient is divided by the concentration in the liquid phase (wt%).

偏析係数がkである不純物を原料融液に入れ、
結晶を製造した場合、固化率をgとすると、不純
物濃度cは、結晶中に於て、 c=C0k(1−g)k-1 (1) という式に従つて変動してゆく。c0は融液中の不
純物の初期濃度である。
Putting an impurity with a segregation coefficient k into the raw material melt,
When a crystal is produced, and the solidification rate is g, the impurity concentration c changes in the crystal according to the formula: c=C 0 k (1-g) k-1 (1). c 0 is the initial concentration of impurities in the melt.

この式は、次のように導く事ができる。初期の
原料融液の全重量をL0とする。固化率がgであ
る時、融液の量はL0(1−g)で、固化の量は
L0gである。固化した微少量をd(L0g)で表わ
す。この中に含まれる不純物量は、 cd(L0g) (2) である。
This formula can be derived as follows. Let L 0 be the total weight of the initial raw material melt. When the solidification rate is g, the amount of melt is L 0 (1-g), and the amount of solidification is
L 0 g. The solidified minute amount is expressed as d (L 0 g). The amount of impurities contained in this is cd(L 0 g) (2).

一方、融液中の不純物濃度は、c/kで表わさ
れる。融液中の不純物量は、 cL0(1−g)/k (3) である。これの微分が融液中の不純物の減少量を
与える。従つて、この微分と(2)式の和は0に等し
い。
On the other hand, the impurity concentration in the melt is expressed as c/k. The amount of impurities in the melt is cL 0 (1-g)/k (3). The derivative of this gives the amount of reduction of impurities in the melt. Therefore, the sum of this differential and equation (2) is equal to 0.

cd(L0g)+d(cL0(1−g)/k)=0 (4) これを解いて(1)式を得る。 cd(L 0 g)+d(cL 0 (1-g)/k)=0 (4) Solve this to obtain equation (1).

G.Jacob等は、J.Crystal Growth 61(1983)
p.417−424“DISLOCATION−FREE GaAs
AND InP CRYSTAL BY ISOELECTRONIC
DOPING”に於て、InP結晶を、Sb、As、Gaの
内の一種の等電子不純物をドープしてLEC法で
引上げた実験について報告している。
G. Jacob et al., J. Crystal Growth 61 (1983)
p.417−424 “DISLOCATION−FREE GaAs
AND InP CRYSTAL BY ISOELECTRONIC
In ``DOPING'', we report on an experiment in which InP crystals were doped with one type of isoelectronic impurity among Sb, As, and Ga and pulled using the LEC method.

これは50g程度で、直径が15mm〜20mmの小さい
InP単結晶で、〈111〉方向に成長させたものであ
る。キヤリヤ濃度は全て1016/cm3以上で、n型の
結晶だと報告されている。電気的性質は、ノンド
ープのInPと変らない、と述べている。
It weighs about 50g and is small with a diameter of 15mm to 20mm.
It is an InP single crystal grown in the <111> direction. All have carrier concentrations of 10 16 /cm 3 or higher and are reported to be n-type crystals. It states that the electrical properties are the same as non-doped InP.

ノンドープのInPは全体が単結晶で、エツチピ
ツト密度EPDは1万〜十分/cm2であつたという。
The undoped InP is said to be entirely single crystal, with an etching pit density EPD of 10,000 to 10/cm 2 .

InSbの形で、InPに対し3.6wt%になるよう融
液に加えたものは、上部4/5が単結晶になり、
EPDは数102/cm2であつたという。
When InSb is added to the melt at a concentration of 3.6wt% relative to InP, the upper 4/5 becomes a single crystal.
The EPD was said to be several 10 2 /cm 2 .

InSbの形で、InPに対し、7.6wt%になるよう
融液に加えたものは、EPDが〜102/cm2で、上半
部に双晶ができたという。
When InSb was added to the melt at a concentration of 7.6 wt% compared to InP, the EPD was ~10 2 /cm 2 and twin crystals were formed in the upper half.

InAsの形で、InPに対し、6.2wt%になるよう
融液に加えたものは、上部3/4が単結晶になり、
EPDは数103/cm2であつたという。
When InAs is added to the melt at a concentration of 6.2wt% relative to InP, the upper 3/4 becomes a single crystal.
The EPD was said to be several 10 3 /cm 2 .

GaPの形で、InPに対し、2.3wt%になるよう
融液に加えたものは全体が単結晶になり、上部で
は転位が全くなかつたという。
When GaP was added to the melt at a concentration of 2.3 wt% compared to InP, the entire material became a single crystal, with no dislocations at all in the upper part.

ヤコブの結果によると、等電子不純物(アイソ
エレクトロニツクインピユリテイ)を入れると、
InPのEPDを減少させる上で効果のある事が分
る。しかし、逆に単結晶にならない場合が多くな
る、という欠点がある。
According to Jacob's results, when we introduce isoelectronic impurities,
It can be seen that it is effective in reducing the EPD of InP. However, it has the disadvantage that it often does not become a single crystal.

ヤコブは小さく、軽い結晶を引上げたたけであ
るが、工業的には直径が2インチ(約50mmφ)
で、数Kgの単結晶が得られなければ意味がない。
Jacob is a small, light crystal that is pulled up, but industrially it has a diameter of 2 inches (approx. 50 mmφ).
However, it is meaningless unless a single crystal weighing several kilograms can be obtained.

LEC法は、結晶を上方へ引上げるから、冷却
は上下方向と、半径方向に進行する。半径が大き
くなるに従つて、熱歪みは大きくなるから、単結
晶性、EPDの両方の点に於て、困難は増大する。
Since the LEC method pulls the crystal upward, cooling progresses in the vertical and radial directions. As the radius increases, the thermal strain increases, so the difficulties increase, both in terms of single crystallinity and EPD.

ヤコブの方法は、不純物を入れるに際し、次の
特徴がある。
Jacob's method has the following characteristics when introducing impurities.

(1) 不純物を単体元素として入れず、化合物の形
で入れている。相手側はホスト結晶の成分元素
である。つまり、原料融液の初期の族、族
元素の原子数は等しい。
(1) Impurities are not added as single elements, but in the form of compounds. The other side is the component element of the host crystal. In other words, the initial numbers of group and group elements in the raw material melt are equal.

(2) 不純物は1種類しか入れない。(2) Only one type of impurity can be added.

(カ) 考察 InPに、Sb、Asなどの不純物を多量にドープ
すると、下半部で単結晶にならないのはよく理解
できる。
(f) Discussion It is easy to understand that if InP is doped with a large amount of impurities such as Sb or As, it will not become a single crystal in the lower half.

これらは、InP中での偏析係数kが1より小さ
い。このため、単結晶引上げが進行すると、融液
中に不純物が濃縮されてくるから、単結晶を維持
できなくなる程、不純物濃度が高まるのである。
These have a segregation coefficient k smaller than 1 in InP. Therefore, as the pulling of the single crystal progresses, the impurities become concentrated in the melt, and the impurity concentration increases to such an extent that the single crystal cannot be maintained.

InPにGaをドープした場合は、この偏析係数が
約5であつて、1より大きいので、引上げ始め
に、固体中へ取り込まれる。濃度は急激に薄くな
る。このため、結晶の上部に於てしか、EPD抑
制効果がないのであろう。
When InP is doped with Ga, the segregation coefficient is approximately 5, which is greater than 1, so Ga is incorporated into the solid at the beginning of pulling. The concentration becomes thinner rapidly. For this reason, it seems that the EPD suppressing effect only exists in the upper part of the crystal.

ヤコブによつて見逃されている、重要な事があ
る。
There is something important that is overlooked by Jacob.

それは原子間の結合長さの整合という事であ
る。−族化合物は、全て同じ結晶構造を持つ
ている。
This means matching the bond lengths between atoms. - Group compounds all have the same crystal structure.

純粋なInP結晶に於て、In−Pの結合長さは、
2.54Åである。GaP結晶の結合長さは2.36Åであ
る。InSb結晶のIn−Sb結合長さは2.8Åである。
InAs結晶のIn−As結合長さは2.62Åである。
In a pure InP crystal, the In-P bond length is
It is 2.54 Å. The bond length of GaP crystal is 2.36 Å. The In-Sb bond length of InSb crystal is 2.8 Å.
The In-As bond length of InAs crystal is 2.62 Å.

結合長さがホスト結晶InPのそれより長くなる
不純物がドーピングされると、結晶中には圧縮応
力が生じるであろう。これと反対の場合ありう
る。
When doped with impurities that make the bond length longer than that of the host crystal InP, compressive stress will occur in the crystal. The opposite may be the case.

この応力が熱歪みを増加させるのである。本発
明者はそう考える。
This stress increases thermal strain. This inventor thinks so.

InPをホスト結晶とする時、In−Asの結合長さ
は3.1%長い。GaPの結合長さは7.1%短い。InSb
の結合長さは10.2%長い。
When InP is used as the host crystal, the In-As bond length is 3.1% longer. The bond length of GaP is 7.1% shorter. InSb
The bond length of is 10.2% longer.

本発明者は、単結晶性、低EPD性のために、
格子整合を取るべきだと考える。つまり、結合長
さの長い不純物と、短い不純物を組合わせて、結
合長さの偏差の平均値をほぼ0に近くするのであ
る。
Due to its single crystallinity and low EPD properties, the present inventor
I think lattice matching should be achieved. In other words, by combining impurities with long bond lengths and impurities with short bond lengths, the average value of the bond length deviations is made close to 0.

例えば、結晶中に、AsとGaの比を約7対3に
する事ができれば、結合長さの平均はIn−Pホト
ス元素の結合長さに等しくできる。
For example, if the ratio of As to Ga can be set to about 7:3 in the crystal, the average bond length can be equal to the bond length of In-P photo elements.

又、不純物の偏析係数が1ではないので、単結
晶の全体にわたつて不純物が一様分布する事はで
きない。偏析係数が1より小さいものは、尾部に
濃縮され、1より大きいものは頭部に濃縮され
る。
Furthermore, since the segregation coefficient of impurities is not 1, impurities cannot be uniformly distributed throughout the single crystal. Those with segregation coefficients less than 1 are concentrated in the tail, and those greater than 1 are concentrated in the head.

そこで、偏析係数が1より小さい不純物と、1
より大きい不純物とを組合せれば、単結晶の頭部
から尾部に至るまで、より均等に近く不純物を分
布させる事ができる。
Therefore, impurities with segregation coefficients smaller than 1 and impurities with a segregation coefficient of 1
By combining larger impurities, it is possible to distribute the impurities more evenly from the head to the tail of the single crystal.

Gaの偏析係数が1より大きく、As、Sbは1よ
り小さい。
The segregation coefficient of Ga is larger than 1, and that of As and Sb is smaller than 1.

偏析係数が1より大きいものと小さいものとを
組合わせる、という事では、GaとAsでも良い
し、GaとSbでも良い。
When it comes to combining a material with a segregation coefficient larger than 1 and a material with a smaller segregation coefficient, Ga and As may be used, or Ga and Sb may be used.

しかし、先程の格子整合の点では、GaとAsと
を組合わせた方が良い事が分る。
However, from the point of view of lattice matching mentioned earlier, it is clear that it is better to combine Ga and As.

(キ) 発明の構成 InP結晶のEDPを減少させるため、Ga又はAs
をドープする事が有効であるという事が分つてい
る。単独で加える場合の上限、下限についても分
つている。
(g) Structure of the invention In order to reduce the EDP of InP crystal, Ga or As
It is known that doping is effective. The upper and lower limits when added alone are also known.

これはEPD減少という点についての限界とは
必ずしも言えない。
This cannot necessarily be said to be the limit in terms of EPD reduction.

(1) InP中のGaの濃度について、 InP中のGa濃度を高くすると、Gaが化合物
ではなく単体として析出する。析出限界は、結
晶中の濃度で3×1020原子/cm3程度である。
(1) Regarding the concentration of Ga in InP, when the Ga concentration in InP is increased, Ga precipitates as a single substance rather than as a compound. The precipitation limit is about 3×10 20 atoms/cm 3 in terms of concentration in the crystal.

InP中にGaを加える事により、不純物硬化が
生ずるのは1018原子/cm3以上である。これは明
確な限界ではなく、これ以下では全く効果がな
い、という事を示している。
By adding Ga to InP, impurity hardening occurs at 10 18 atoms/cm 3 or more. This is not a clear limit, but indicates that there is no effect below this limit.

結局、結晶InPの中のGa濃度の好ましい値は 1018〜3×1020原子/cm3 であるという事が分る。これをGaの好適濃度
と仮に呼ぶ。
As a result, it is found that a preferable value for the Ga concentration in crystalline InP is 10 18 to 3×10 20 atoms/cm 3 . This is tentatively called the optimum concentration of Ga.

(2) InPの中のAgの濃度について InP中のAsの析出限界は、5×1020原子/cm3
程度である。Asの不純物硬化作用があるのは、
1018原子/cm3以上である、と考えられる。結
局、InP結晶中のAsの好ましい濃度は、 1018〜5×1020原子/cm3 である。これをAsの好適濃度と呼ぶ。
(2) About the concentration of Ag in InP The precipitation limit of As in InP is 5×10 20 atoms/cm 3
That's about it. The impurity hardening effect of As is
It is considered to be 1018 atoms/cm 3 or more. Ultimately, the preferred concentration of As in the InP crystal is 10 18 to 5×10 20 atoms/cm 3 . This is called the preferred concentration of As.

本発明のInP単結晶は、それ故、 (1) Ga、及びAsの両方を不純物としてドープ
し、しかも (2) 単結晶の任意の点に於て、Ga又はAsのいず
れか一方又は両方が好適濃度にあること、 によつて特徴付ける事ができる。
Therefore, the InP single crystal of the present invention (1) is doped with both Ga and As as impurities, and (2) is doped with either Ga or As or both at any point in the single crystal. It can be characterized by being at a suitable concentration.

kが1とは異なるから、このようにする為に
は、いくつかの工夫が必要である。
Since k is different from 1, some measures are required to do this.

好適濃度の上限をb、下限をaとする。(1)式よ
り、kが1より小さい時、不純物濃度cは、固化
率gが0の時最小で、sが増加するに伴い、cは
増大する。
The upper limit of the preferable concentration is b and the lower limit is a. From equation (1), when k is smaller than 1, the impurity concentration c is minimum when the solidification rate g is 0, and as s increases, c increases.

kが1より大きい時、cはgが0の時最大で、
gが増加するに従い、cは減少する。
When k is greater than 1, c is maximum when g is 0,
As g increases, c decreases.

前記の(2)の条件は、Ga、又はAsに関して、 a≦c≦b (5) であれ、という事である。 The condition (2) above is for Ga or As, a≦c≦b (5) That's what it means.

条件(5)は、GaについてもAsについても同時に
満足させていても良いが、いずれか一方だけでも
良い。しかし、cは析出限界を越えてはいけな
い。cは下限のaを越えても良い。上、下限につ
いて、このような非対称性がある。
Condition (5) may be satisfied for Ga and As at the same time, or only one of them may be satisfied. However, c must not exceed the precipitation limit. c may exceed the lower limit a. There is such an asymmetry regarding the upper and lower limits.

混乱を避けるためここで、符号をかける事にす
る。
To avoid confusion, I will add a sign here.

Asについては、偏析係数をm(0.4)、初期融液
濃度をx、固化率をg、結晶中の濃度をuとす
る。(1)式のかわりに、 As:u=xm/(1−g)1-m (6) と書く事ができる。先程述べたように結晶中の
Asの好適濃度の下限をE、上限をFとすると、 E=1×1018原子/cm3 (7) F=5×1020原子/cm3 (8) である。
Regarding As, the segregation coefficient is m (0.4), the initial melt concentration is x, the solidification rate is g, and the concentration in the crystal is u. Instead of equation (1), we can write As: u=xm/(1-g) 1-m (6). As mentioned earlier, in the crystal
Letting the lower limit of the preferable concentration of As be E and the upper limit F, E=1×10 18 atoms/cm 3 (7) F=5×10 20 atoms/cm 3 (8).

Gaについては、偏析係数n(5)、初期融液濃度
をy、結晶中の濃度をv、固化率をgとする。(1)
式のかわりに、 Ga:v=yn(1−g)n-1 (9) と書く事ができる。結晶中のGaの好適濃度の下
限をH、上限をKとする。
Regarding Ga, the segregation coefficient is n(5), the initial melt concentration is y, the concentration in the crystal is v, and the solidification rate is g. (1)
Instead of the equation, we can write Ga:v=yn(1-g) n-1 (9). Let H be the lower limit and K be the upper limit of the preferable concentration of Ga in the crystal.

H=1×1018原子/cm3 (10) K=3×1020原子/cm3 (11) である。 H=1×10 18 atoms/cm 3 (10) K=3×10 20 atoms/cm 3 (11).

u、vは上限を越えてはならない。しかし、下
限については、いずれか一方だけが越えるのであ
れば差支えない。
u and v must not exceed the upper limit. However, there is no problem with the lower limit as long as only one of them exceeds it.

本発明のInPに対する条件は、 (i) u≦F (12) (ii) v≦K (13) (iii) E≦u又はH≦v (14) という条件を満足する、という事である。 The conditions for InP of the present invention are: (i) u≦F (12) (ii) v≦K (13) (iii) E≦u or H≦v (14) This means that the following conditions are satisfied.

この内(13)は明瞭であるが、(12)、(14)は
必ずしも明瞭とは言えない。
Of these, (13) is clear, but (12) and (14) are not necessarily clear.

gに関しvは右下りの曲線、uは右上りの曲線
である。
With respect to g, v is a downward-sloping curve, and u is a downward-sloping curve to the right.

(13)と、Ga、Asがともにドープされている
という条件から、 H/n≦y≦K/n (15) である事が分る。これはGaの融液中の初期濃度
yが2×1017原子/cm3から6×1019原子/cm3にあ
る、という事である。
(13) and the condition that both Ga and As are doped, it can be seen that H/n≦y≦K/n (15). This means that the initial concentration y of Ga in the melt is between 2×10 17 atoms/cm 3 and 6×10 19 atoms/cm 3 .

Gaの初期融液濃度yが与えられると、(14)式
を満す最大固化率G(y)が求まる。
When the initial melt concentration y of Ga is given, the maximum solidification rate G(y) that satisfies equation (14) is found.

である。 It is.

Asについては、固化率gがG(y)の時にu=
Eとなるような初期濃度がxの下限を与える。つ
まりAsの初期融液濃度xは、 x≧E/m(1−G(y))1-m (17) である。
For As, when the solidification rate g is G(y), u=
The initial concentration such that E gives the lower limit of x. In other words, the initial melt concentration x of As is x≧E/m(1−G(y)) 1−m (17).

xの上限は、固化率gの最大値Gsに依存する。
固化率gが0からGsで本発明の条件(12)〜(14)
が満足されるとする。
The upper limit of x depends on the maximum value Gs of the solidification rate g.
Conditions (12) to (14) of the present invention when the solidification rate g is from 0 to Gs.
Suppose that is satisfied.

gをGsに等置した時u=Fとなるのがxの上
限であるから、 x≦F/m(1−Gs)1-m (18) によつて与えられる。(16)を(17)に代入し、
y、xに関する条件をまとめて書くと、 H/n≦y≦K/n (19) m=0.4、n=5、その他E、F、H、Kの数
値を代入すると、 2×1017≦y≦6×1019 (21) 2.77×1018(1017/y)0.15≦x≦1.25×1021(1−
Gs)0.6 (22) である。
When g is equalized to Gs, the upper limit of x is u=F, so it is given by x≦F/m(1−Gs) 1−m (18). Substituting (16) into (17),
Writing the conditions regarding y and x together, H/n≦y≦K/n (19) Substituting m=0.4, n=5, and other numerical values of E, F, H, and K, 2×10 17 ≦y≦6×10 19 (21) 2.77×10 18 (10 17 /y) 0.15 ≦x≦ 1.25×10 21 (1−
Gs) 0.6 (22).

以上の条件は、本発明の要点である。式を使つ
て既に説明したものを、図によつて再び説明す
る。
The above conditions are the gist of the present invention. What has already been explained using formulas will be explained again using diagrams.

第1図は本発明のInP結晶中のAs、Gaの濃度
u、v、初期融液濃度x、y、上限、下限固化率
gなどの関係を示すダイヤグラム図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship among the concentrations u and v of As and Ga in the InP crystal of the present invention, the initial melt concentration x and y, and the upper limit and lower limit solidification rate g.

(a)は、横軸にgをとり、xをパラメータとす
る。
In (a), g is plotted on the horizontal axis, and x is the parameter.

Asの結晶中濃度uを示すグラフである。上限
がF、下限がEである。g=1でuが発散するか
ら、限界固化率Gsで切る事にする。xをパラメ
ータとして、多数のu線を引く事ができる。uは
(6)式に従うので、曲線であるが、簡単のため直線
で示す。uのグラフを単にu線と呼ぶ。
It is a graph showing the concentration u of As in crystals. The upper limit is F and the lower limit is E. Since u diverges when g=1, we will cut it at the critical solidification rate Gs. Many u-lines can be drawn using x as a parameter. u is
Since it follows equation (6), it is a curved line, but for simplicity it is shown as a straight line. The graph of u is simply called the u line.

(b)はyをパラメータとしGaの結晶中濃度vを
示すグラフである。これは(9)式のグラフである
が、簡単のため直線で示す。上限がK、下限がH
である。Kを通るv線の下限線HHとの交点を
Gkとする。偏析係数(n=5)が1より大きす
ぎるので、gがGk以下でなければv線は好適領
域に入らない。(c)は、As、Gaの結晶中濃度u、
vを同じグラフの中へ合体して示している。
(b) is a graph showing the concentration v of Ga in the crystal with y as a parameter. This is a graph of equation (9), but it is shown as a straight line for simplicity. Upper limit is K, lower limit is H
It is. The intersection of the v line passing through K with the lower limit line HH is
Goalkeeper. Since the segregation coefficient (n=5) is too large than 1, the v-line does not fall into the preferred region unless g is less than or equal to Gk. (c) is the concentration u of As and Ga in the crystal,
v are shown combined into the same graph.

下限、上限は、v、uついて異なるが、分り易
くする為、左右に同一位置に表わした。vについ
てynの値は、HからKまでの間である。ynの値
が大きい程、uのパラメータであるxの存在範囲
は大きくなる。v線がK点を通る時の下限線との
交点の固化率をGkとする。Gkを通るu線とg=
Gsの交点をWkとする。ynがKにある極限では、
u線はH Gk Wk Fの広い値の間にある。
The lower limit and upper limit are different for v and u, but for ease of understanding, they are shown at the same position on the left and right. The value of yn for v is between H and K. The larger the value of yn, the larger the range of existence of x, which is a parameter of u. When the v line passes through point K, the solidification rate at the intersection with the lower limit line is defined as Gk. u line passing through Gk and g=
Let Wk be the intersection of Gs. In the limit where yn is in K,
The u-ray lies between wide values of H Gk Wk F.

一般に、v線が下限Hと交る点の固化率をG
(y)とする。G(y)を通るu線とg=Gsの交
点をWとする。u線の存在範囲はHG(y)WFの
中に限られる。
Generally, the solidification rate at the point where the v line intersects the lower limit H is defined as G
(y). Let W be the intersection of line u passing through G(y) and g=Gs. The existence range of u-rays is limited to HG(y)WF.

u線のg=Gsとの交点に於ける制限が(20)
式に対応している。
The limit at the intersection of the u line with g=Gs is (20)
It corresponds to the formula.

さて(19)、(20)式はAs、Gaの初期融液濃度
x、yの値の範囲を決定するものである。第1図
dはこれを図示する。
Now, equations (19) and (20) determine the range of values of the initial melt concentrations x and y of As and Ga. Figure 1d illustrates this.

結晶中のAs、Ga濃度でこれを規定したい場合
は、x、yを与えて(6)、(9)からu、vの範囲を得
る。
If you want to define this using the As and Ga concentrations in the crystal, give x and y and obtain the ranges of u and v from (6) and (9).

しかし、u、vの値の範囲は固化率gの函数で
ある。
However, the range of values of u and v is a function of the solidification rate g.

固化率gは、結晶の頭部から尾部に至る距離に
対応する座標であると考える事もできる。g=0
が頭部で、g=Gsが尾部である。Gsは成長した
単結晶重量を、原料チヤージ量で割つた値であ
る。
The solidification rate g can also be considered to be coordinates corresponding to the distance from the head of the crystal to the tail. g=0
is the head and g=Gs is the tail. Gs is the value obtained by dividing the weight of the grown single crystal by the amount of raw material charge.

頭部に於けるInP結晶中のAs、Ga濃度はmx、
nyである。(19)、(20)式から、この値の範囲を
簡単に決める事ができる。mx、nyをU、Vで表
わすと、 H≦V≦K (23) となる。頭部に於ける、InP結晶中のAs、Ga濃
度U、Vは、定数を代入して、 1×1018≦V≦3×1020 (25) 1018×(1018/V)0.15≦U≦5×1020(1−Gs)0.
6
(26) を得る。
The As and Ga concentrations in the InP crystal at the head are mx,
It is ny. The range of this value can be easily determined from equations (19) and (20). When mx and ny are expressed as U and V, H≦V≦K (23) becomes. The As and Ga concentrations U and V in the InP crystal at the head are determined by substituting constants: 1×10 18 ≦V≦3×10 20 (25) 10 18 × (10 18 /V) 0.15 ≦ U≦5×10 20 (1-Gs) 0.
Get 6 (26).

InP単結晶の頭部に於けるGa濃度Vが1×1018
原子/cm3以上であり、As濃度Uは、(26)式で表
わされる事になる。
Ga concentration V at the head of InP single crystal is 1×10 18
atoms/cm 3 or more, and the As concentration U is expressed by equation (26).

(ク) 換算 前節まで、濃度を表現するために、原子/cm3
用いてきた。
(H) Conversion Up until the previous section, we have used atoms/cm 3 to express concentration.

濃度の表現法として、この他に原子%(at%)、
重量%(wt%)などがある。これらの間の換算
について、次に示す。
Other methods of expressing concentration include atomic percent (at%),
Weight% (wt%), etc. Conversion between these is shown below.

InPの密度をρ、分子量をM、アボガドロ数を
L0とすると、1cm3あたりに、In又はPの原子は、 ρL0/M (27) だけ存在する。InひとつとPひとつであるから、
(27)式に2を乗じて、1cm3あたりのホスト原子
数をうる。不純物のホスト原子に対する原子比
は、 (原子数)=M/2ρL0×(原子/cm3) (28) で与えられる。ρ=4.787g/cm3、M=145.8、L0
=6.02×1023であるから、 (原子比)=2.53×10-23×(原子/cm3)(29) である。at%にするにはこれに100を乗じる。
The density of InP is ρ, the molecular weight is M, and Avogadro's number is
Assuming L 0 , there are ρL 0 /M (27) of In or P atoms per 1 cm 3 . Since there is one In and one P,
Multiply equation (27) by 2 to obtain the number of host atoms per 1 cm 3 . The atomic ratio of impurities to host atoms is given by (number of atoms)=M/2ρL 0 ×(atoms/cm 3 ) (28). ρ=4.787g/ cm3 , M=145.8, L0
= 6.02×10 23 , so (atomic ratio) = 2.53×10 -23 × (atoms/cm 3 ) (29). Multiply this by 100 to get at%.

(25)、(26)のかわりに、Ga濃度V、As濃度
Uをat%で表現すると、 0.0025≦V(at%)≦0.76 (30) 0.001/V0.15≦U(at%)≦1.26(1−Gs)0.6 (31) となる。x、yを得るにはU、Vをm、nで割
る。
Instead of (25) and (26), if we express the Ga concentration V and As concentration U in at%, then 0.0025≦V(at%)≦0.76 (30) 0.001/V 0.15 ≦U(at%)≦1.26( 1-Gs) 0.6 (31). To obtain x and y, divide U and V by m and n.

また重量%で表わす場合は、分子量がInP=
145.8、As=74.9、Ga=69.7であるから、 0.0024≦V(wt%)≦0.73 (32) 0.001/V0.15≦U(wt%)≦1.29(1−Gs)0.6 (33) となる。x、yを得るには、U、Vをm、nで割
る。
Also, when expressed in weight%, the molecular weight is InP=
145.8, As=74.9, and Ga=69.7, so 0.0024≦V (wt%)≦0.73 (32) 0.001/V 0.15 ≦U (wt%)≦1.29 (1−Gs) 0.6 (33). To get x, y, divide U, V by m, n.

0.00048≦y(wt%)≦0.145 (34) 0.002/y0.15≦x(wt%)≦3.23(1−Gs)0.6 (35) となる。 0.00048≦y (wt%)≦0.145 (34) 0.002/y 0.15 ≦x (wt%)≦3.23 (1−Gs) 0.6 (35).

(ケ) 引上装置 本発明はLEC法にもHB法にも使う事ができ
る。これらの装置は公知である。LEC法の公知
の装置につき簡単に説明する。
(k) Pulling device The present invention can be used for both the LEC method and the HB method. These devices are known. A known device for the LEC method will be briefly explained.

第2図は、LEC引上装置の断面図である。 FIG. 2 is a sectional view of the LEC lifting device.

1はルツボ、2はルツボ1を支持するサセプタ
である。ルツボ1の中に原料融液3が入つてお
り、この上を液体カプセル4が覆つている。
1 is a crucible, and 2 is a susceptor that supports the crucible 1. A raw material melt 3 is contained in a crucible 1, and a liquid capsule 4 covers the melt.

サセプタ2を下軸8が回転昇降自在に支持す
る。上軸7の下端に種結晶6を取付けてある。上
軸7も回転昇降自在である。種結晶6を原料融液
3に漬けて、単結晶5を引上げる。ヒータ9が原
料融液3を加熱する。全体を耐圧容器で覆つてあ
り、不活性ガス又は窒素ガスが充填してある。ガ
ス圧は数十atmで、液体カプセル4を押えて、
族元素の揮散を防止している。
A lower shaft 8 supports the susceptor 2 so that it can rotate and move up and down. A seed crystal 6 is attached to the lower end of the upper shaft 7. The upper shaft 7 is also rotatable and can be moved up and down. The seed crystal 6 is immersed in the raw material melt 3, and the single crystal 5 is pulled up. A heater 9 heats the raw material melt 3. The entire container is covered with a pressure-resistant container and filled with inert gas or nitrogen gas. The gas pressure is several tens of atm, holding down the liquid capsule 4,
Prevents volatilization of group elements.

(コ) 実施例 第2図に示すようなLEC引上装置によつて、
Ga、AsドープInP結晶を成長させた。成長方向
は〈100〉方向である。
(J) Example Using the LEC lifting device as shown in Figure 2,
Ga, As-doped InP crystals were grown. The growth direction is the <100> direction.

原料は InP多結晶 1000g(6.86モル) 液体カプセル B2O3 150g 不純物添加 InAs 6300mg(0.0332モル) GaAs 500mg(0.00346モル) Sn 2100mg(0.0177モル) Asは0.27wt%、Gaは0.024wt%である。 Raw materials are InP polycrystal 1000g (6.86mol) Liquid capsule B 2 O 3 150g Impurity-added InAs 6300mg (0.0332mol) GaAs 500mg (0.00346mol) Sn 2100mg (0.0177mol) As is 0.27wt%, Ga is 0.024wt% .

これはU=0.95×1020cm-3、V=0.99×1019cm-3
ということである。
This is U=0.95×10 20 cm -3 , V=0.99×10 19 cm -3
That's what it means.

これらの原料などを石英ルツボに入れ、次の条
件で引上げを行つた。
These raw materials were placed in a quartz crucible and pulled under the following conditions.

溶融温度 1100℃ N2ガス雰囲気 49atm 引上速度 7mm/H 上軸回転数 3〜20rpm 下軸回転数 5〜30rpm これによつて直径2インチの単結晶を引上げ
た。原料重量の92%を単結晶化させる事ができ
た。
Melting temperature: 1100° C. N2 gas atmosphere: 49 atm Pulling speed: 7 mm/H Upper shaft rotation speed: 3 to 20 rpm Lower shaft rotation speed: 5 to 30 rpm As a result, a single crystal with a diameter of 2 inches was pulled. We were able to convert 92% of the raw material weight into single crystals.

このインゴツトをスライスし(100)面を有す
るウエハにした。これをエツチングして、EPD
を測定した。
This ingot was sliced into wafers having (100) planes. Etch this and EPD
was measured.

第3図はEPDの測定結果を示すグラフである。
横軸はウエハ中心からの距離(mm)である。縦軸
はEPD(個/cm2)である。
FIG. 3 is a graph showing the EPD measurement results.
The horizontal axis is the distance (mm) from the wafer center. The vertical axis is EPD (pieces/cm 2 ).

周辺5mmを除いた面内平均で、前記のインゴツ
トについて、EPDの平均は、 頭 部 7000個/cm2 尾 部 5000個/cm2 であつた。EPDの分布は面内でW型である。中
心と周縁で高くなるが、中間部で、殆どEPDが
0となる領域がある。又、インゴツトの全体に於
て、Ga、Asの析出は見られなかつた。
For the above ingot, the average EPD was 7000 pieces/cm 2 for the head and 5000 pieces/cm 2 for the tail, excluding the peripheral 5 mm. The EPD distribution is W-shaped in the plane. Although it is high at the center and periphery, there is a region in the middle where the EPD is almost 0. Further, no precipitation of Ga or As was observed throughout the ingot.

同じグラフにGa、Asを加えない単結晶のEPD
測定結果を示した。EPDは2万〜4万/cm2のオ
ーダーである。これと比較してもEPDが大きく
低減している事が分る。この単結晶は、Sn濃度、
InPチヤージ量などは同じで、As、Gaをドープ
していない点に於てだけ異なつている。
Single crystal EPD with no Ga or As added to the same graph
The measurement results are shown. EPD is on the order of 20,000 to 40,000/cm 2 . It can be seen that the EPD is significantly reduced compared to this. This single crystal has Sn concentration,
The InP charge amount is the same, and the only difference is that As and Ga are not doped.

(サ) 不純物添加、原料InP GaのInPへの添加方法としては、Ga単体、
GaAs、GaPなどの形で添加する。
(S) Impurity addition, raw material InP The methods of adding Ga to InP include Ga alone,
It is added in the form of GaAs, GaP, etc.

AsのInPへの添加方法としては、As単体、
GaAs、InAsとして添加する。
Methods for adding As to InP include As alone,
Added as GaAs or InAs.

Snは単体で加える事ができる。 Sn can be added alone.

InPの原料はInとPから直接合成しても良い
し、InPの多結晶を用いても良い。
The raw material for InP may be directly synthesized from In and P, or polycrystalline InP may be used.

又、1×1017原子/cm3以上の、As又はGaの不
純物を含むInPの多結晶を出発原料としても差支
えない。
Furthermore, polycrystalline InP containing As or Ga impurities of 1×10 17 atoms/cm 3 or more may be used as the starting material.

(シ) 成長法 本発明はLEC法でもHB(水平式ブリツジマン
法)でも適用できる。頭部(g=0)と尾部(g
=Gs)の別は、いずれにしても、固化が最初に
起る部分が頭部で、最後に固化する部分が尾部で
ある。
(C) Growth method The present invention can be applied to either the LEC method or the HB (horizontal Bridgeman method). Head (g=0) and tail (g
= Gs), in any case, the first part to solidify is the head, and the last part to solidify is the tail.

(ス) 等電子不純物以外の不純物の添加 等電子不純物以外に、次のような不純物を加え
る事も可能である。
(S) Addition of impurities other than isoelectronic impurities In addition to isoelectronic impurities, it is also possible to add the following impurities.

(1) Fe、Cr、Co等の不純物を含む半絶縁性の結
晶。
(1) Semi-insulating crystal containing impurities such as Fe, Cr, and Co.

(2) Zn、Cd等の族元素を含むP型結晶。(2) P-type crystal containing group elements such as Zn and Cd.

(3) S、Se、Te等第族元素を含むN型結晶。(3) N-type crystal containing group elements such as S, Se, and Te.

(4) Si、Ge、Sn等族元素を含むP又はN型結
晶。
(4) P- or N-type crystals containing Si, Ge, Sn, etc. elements.

(セ) 効果 (1) InP単結晶の格子欠陥が少い。ウエハにした
時のEPDが低い。
(C) Effects (1) InP single crystal has fewer lattice defects. EPD is low when made into wafers.

Ga、Asが析出を生じないで、しかも不純物
硬化作用を相補的に有する範囲にあるから、全
長にわたつて、EPDが低くなる。
Since Ga and As do not precipitate and have complementary impurity hardening effects, the EPD is low over the entire length.

(2) 通常の、Gaのみの添加、Asのみの添加に比
して、添加量が少なくてすむ。この為、析出が
なく、全体が単結晶になり易い。頭部は偏析係
数の数の大きいGa(n=5)により、尾部は偏
析係数の小さいAs(m=0.4)により不純物硬
化作用を奏させる事としているから、混合量は
少い。
(2) The amount of addition is smaller than the usual addition of only Ga or only As. For this reason, there is no precipitation, and the entire material tends to become a single crystal. Since the head part is made of Ga (n=5) with a large segregation coefficient and the tail part is made of As with a small segregation coefficient (m=0.4) to exert an impurity hardening effect, the mixing amount is small.

(3) Ga、Asともに等電子不純物であるから、
InP単結晶の電気的性質は変らない。
(3) Since both Ga and As are isoelectronic impurities,
The electrical properties of the InP single crystal remain unchanged.

(4) Ga−Pの結合長さはIn−Pの結合長さより
短かく、In−Asの結合長さはIn−Pの結合長
さより長い。この為GaとAsとを不純物として
加えると、格子の寸法のズレが互に補償し合
い、応力を打ち消し合う。この為、単結晶にな
り易いし、EPDを減ずる効果もある。
(4) The Ga-P bond length is shorter than the In-P bond length, and the In-As bond length is longer than the In-P bond length. For this reason, when Ga and As are added as impurities, the deviations in the lattice dimensions mutually compensate and the stress is canceled out. For this reason, it tends to become a single crystal and has the effect of reducing EPD.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の方法に於て、InPに添加すべ
き、As、Gaの結晶中の濃度u、vと、初期融液
濃度x、yの存在範囲を説明する為のダイヤグラ
ム。(a)はInP結晶中での固化率gの函数としての
Asの結晶中濃度uを示す。初期濃度xをパラメ
ータとして、多数の線を引く事ができる。Eはu
の下限、Fは上限である。(b)はInP結晶中での固
化率gの函数としてのGaの結晶中濃度vを示す。
初期濃度yをパラメータとして多数の線を引く事
ができる。Hはvの下限、Kは上限である。(c)は
As、Gaの濃度ダイヤグラムをひとつのグラフ上
に、示したもので、上限K、F、下限H、Eを合
致させてある。Gsは単結晶(析出なし)の限界
を与える固化率である。Gkは、v線がK点を通
る時下限Hに於ける固化率である。パラメータy
がH/nとK/nの間の値として与えられた時、
v線の下限に於ける固化率をG(y)とする。G
(y)を通りu線を引き限界固化率Gsとの交点を
Wとする。uの存在或はHGWF内である。パラ
メータxは、ここから求められる。(d)は、初期融
液中のAs、Ga濃度x、yの存在域を示すグラフ
である。第2図は公知のLEC引上装置の断面図。
第3図は実施例に於けるInPエウハのEPD測定結
果を示すグラフ。横軸はウエハ中心からの距離
(mm)、縦軸はEPD(個/cm2)である。下方の曲線
がGa、AsドープInP(Sn)で、上方の曲線がGa、
AsをドープしないInP(Sn)結晶のEPDを示す。 1……ルツブ、2……サセプタ、3……原料融
液、4……液体カプセル、5……単結晶、6……
種結晶、7……上軸、8……下軸、9……ヒー
タ。
FIG. 1 is a diagram for explaining the ranges of the concentrations u and v of As and Ga in the crystal and the initial melt concentrations x and y that should be added to InP in the method of the present invention. (a) is a function of the solidification rate g in InP crystals.
The concentration u of As in the crystal is shown. Many lines can be drawn using the initial concentration x as a parameter. E is u
is the lower limit, and F is the upper limit. (b) shows the concentration v of Ga in the crystal as a function of the solidification rate g in the InP crystal.
Many lines can be drawn using the initial concentration y as a parameter. H is the lower limit of v, and K is the upper limit. (c) is
The concentration diagram of As and Ga is shown on one graph, and the upper limits K and F and the lower limits H and E are matched. Gs is the solidification rate that gives the limit of single crystal (no precipitation). Gk is the solidification rate at the lower limit H when the v line passes through point K. Parameter y
When is given as a value between H/n and K/n,
Let G(y) be the solidification rate at the lower limit of the v line. G
Draw a line u through (y) and let W be the intersection with the critical solidification rate Gs. existence of u or within HGWF. The parameter x can be found from here. (d) is a graph showing the existence range of As and Ga concentrations x and y in the initial melt. FIG. 2 is a sectional view of a known LEC lifting device.
FIG. 3 is a graph showing the EPD measurement results of InP wafer in Example. The horizontal axis is the distance (mm) from the wafer center, and the vertical axis is the EPD (pieces/cm 2 ). The lower curve is Ga, As-doped InP (Sn), and the upper curve is Ga, As-doped InP (Sn).
EPD of InP(Sn) crystal without As doping is shown. 1...Rutsubu, 2...Susceptor, 3...Material melt, 4...Liquid capsule, 5...Single crystal, 6...
Seed crystal, 7...upper shaft, 8...lower shaft, 9...heater.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 GaとAsとを不純物として含み、結晶頭部に
於けるAsの濃度U、Gaの濃度Vが、Gsを結晶尾
部の固化率とする時、 1×1018≦V≦3×1020 1018×(1018/V)0.15≦U≦5×1020(1−Gs)0.
6
の範囲にある事を特徴とする低転位密度のInP単
結晶。 2 Si、Ge、Snを不純物として含む特許求の範
囲第1項記載の低転位密度のInP単結晶。 3 Fe、Cr、又はCoを不純物として含む特許請
求の範囲第1項記載の低転位密度のInP単結晶。 4 Zn又はCdを不純物として含む特許請求の範
囲第1項記載の低転位密度のInP単結晶。 5 S、Se又はTeを不純物として含む特許請求
の範囲第1項記載の低転位密度のInP単結晶。 6 InP多結晶に、As及びGaを不純物として加
え、As、Gaの原料融液に於ける初期濃度x、y
が、Gsを結晶尾部の固化率とする時、 2×1017≦y≦6×1019 2.77×1018(1017/y)0.15≦x≦1.25×1021(1−
Gs)0.6 の範囲にあるようにし、この原料融液から、単結
晶を成長させてゆく事を特徴とする低転位密度の
InP単結晶の製造方法。 7 InP多結晶が1×1017原子/cm3以上のGa、又
は1×1017原子/cm3以上のAsを含む原料である
特許請求の範囲第6項記載の低転位密度のInP単
結晶の製造方法。 8 Gaの添加は、Ga単体又はGaAs、GaPの化
合物の形で添加し、Asの添加は、As単体又は
GaAs、InAsの化合物の形で添加する事とした特
許請求の範囲第6項又は第7項に記載の低転位密
度のInP単結晶の製造方法。
[Claims] 1 Contains Ga and As as impurities, and the concentration U of As and the concentration V of Ga at the crystal head are 1×10 18 ≦V, where Gs is the solidification rate of the crystal tail. ≦3×10 20 10 18 × (10 18 /V) 0.15 ≦U≦5×10 20 (1-Gs) 0.
InP single crystal with a low dislocation density, characterized by a dislocation density in the range of 6 . 2. An InP single crystal with a low dislocation density as described in item 1 of the claimed scope, which contains Si, Ge, and Sn as impurities. 3. The low dislocation density InP single crystal according to claim 1, which contains Fe, Cr, or Co as an impurity. 4. The low dislocation density InP single crystal according to claim 1, which contains Zn or Cd as an impurity. 5. The low dislocation density InP single crystal according to claim 1, which contains S, Se, or Te as an impurity. 6 As and Ga are added as impurities to InP polycrystal, and the initial concentrations x, y of As and Ga in the raw material melt are
However, when Gs is the solidification rate of the crystal tail, 2×10 17 ≦y≦6×10 19 2.77×10 18 (10 17 /y) 0.15 ≦x≦1.25×10 21 (1−
Gs) is in the range of 0.6 , and a single crystal is grown from this raw material melt.
Manufacturing method of InP single crystal. 7. InP single crystal with low dislocation density according to claim 6, wherein the InP polycrystal is a raw material containing 1×10 17 atoms/cm 3 or more of Ga or 1×10 17 atoms/cm 3 or more of As. manufacturing method. 8 Ga is added in the form of Ga alone or a compound of GaAs or GaP, and As is added in the form of As alone or as a compound of GaAs or GaP.
A method for producing an InP single crystal with a low dislocation density according to claim 6 or 7, wherein GaAs and InAs are added in the form of a compound.
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